CN113541471A - 降压电路、降压方法和降压变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降压电路、降压方法和降压变换器，该降压电路包括第一开关电路、变压电路、第二开关电路、第三开关电路、控制电路和滤波电路；变压电路的第一输入端与第一开关电路连接，第二输入端与电源电压端连接；第一开关电路的输出端与变压电路的第一输入端连接；第二开关电路和第三开关电路之间设置有开关控制节点；第二开关电路的第一输入端与变压电路的第二输入端连接，第二输入端与控制电路电连接；第三开关电路的第一输入端与开关控制节点连接。本发明实施例中，通过提高变压电路提高位于第二开关电路和第三开关电路之间的开关控制节点对应的电压，在开关电路工作前，提前将第二开关电路上的电荷释放或充满，以此降低开关损耗。

Description

降压电路、降压方法和降压变换器

技术领域

本发明涉及电源变换技术领域，尤其涉及一种降压电路、降压方法和降压变换器。

背景技术

降压变换器是一种用于降低电压的直流-直流转换器，降压变换器输出端的电压低于输入端的电压，降压变换器输出端的电流大于输入端的电流。基于降压变换器具备的上述特性，降压变换器已被广泛应用至电子设备中。

目前，降压变换器包括降压电路，降压电路包括硬性开关器件，上述硬性开关器件又称硬开关。当开关器件开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；当开关器件关断时，开关器件的电压上升和电流下降同时进行，开关器件中电压、电流波形的交叠增加了开关损耗。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种降压电路、降压方法和降压变换器，旨在解决现有的降压电路中开关损耗过高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种降压电路，包括第一开关电路、变压电路、第二开关电路、第三开关电路、控制电路和滤波电路；

所述变压电路的第一输入端与所述第一开关电路电连接，所述变压电路的第二输入端与电源电压端电连接，所述变压电路的一个输出端设置于所述第二开关电路和所述第三开关电路之间；

所述第一开关电路的输入端与所述控制电路电连接，所述第一开关电路的输出端与所述变压电路的第一输入端电连接；

所述第二开关电路和所述第三开关电路之间的连接点为开关控制节点；

所述第二开关电路的第一输入端与所述变压电路的第二输入端电连接，所述第二开关电路的第二输入端与所述控制电路电连接，所述第二开关电路的输出端通过所述开关控制节点与负载电连接；

所述第三开关电路的第一输入端与所述开关控制节点电连接，所述第三开关电路的第二输入端与所述控制电路电连接，所述第三开关电路的输出端接地；

所述滤波电路的输入端与所述开关控制节点电连接，所述滤波电路的输出端与所述负载电连接；

其中，所述第一开关电路，用于在所述控制电路提供的第一驱动电压下导通时，控制所述电源电压端提供的电源电压传输至所述变压电路；

所述变压电路，用于对所述电源电压进行变压，将变压后的电源电压传输至所述开关控制节点，以使得所述开关控制节点对应的电压为预设电压值；

所述第二开关电路和所述第三开关电路，用于所述控制电路输出第二驱动电压，使所述第二开关电路导通，使所述电源电压传输至所述滤波电路和负载；所述第二开关电路在导通持续预设时间后，所述控制电路输出的第二驱动电压将所述第二开关电路关闭；在关闭所述第二开关电路后，所述控制电路输出的第三驱动电压将所述第三开关电路开通；所述第三开关电路开通预设时间后，关闭第三开关电路，返回前述控制所述电源电压端提供的电源电压传输至所述变压电路。

可选地，所述变压电路包括至少一个变压器。

可选地，所述降压电路还包括第一二极管；

所述第一二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极与所述变压电路电连接。

可选地，所述滤波电路包括电感和第一电容；

所述电感的第一端与所述开关控制节点电连接，所述电感的第二端与所述负载电连接；

所述第一电容的第一端与所述电感的第二端电连接，所述第一电容的第二端接地；

其中，所述滤波电路，用于对所述开关控制节点传输的电压进行滤波。

可选地，所述降压电路还包括缓冲电路，所述缓冲电路包括第二二极管、电阻和第二电容；

所述第二二极管的阳极与所述第一开关管的第三端电连接，所述第二二极管的阴极与所述第二电容的第一端电连接；

所述第二电容的第二端与所述变压电路的第二输入端电连接；

所述电阻的第一端与所述第二电容的第一端电连接，所述电阻的第二端与所述第二电容的第二端电连接；

其中，所述缓冲电路，用于在所述第一开关电路断开时，消除所述第一开关电路产生的尖峰电压。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种降压方法，所述降压方法应用于如上所述的降压电路，所述降压电路包括第一开关电路、变压电路、第二开关电路第三开关电路、控制电路和滤波电路，所述方法包括：

当所述第一开关电路在所述控制电路提供的第一驱动电压下导通时，控制电源电压端提供的电源电压传输至所述变压电路；

控制所述变压电路对电源电压进行变压，并将变压后的电源电压传输至开关控制节点，以使得所述开关控制节点对应的电压为预设电压值；

所述控制电路输出第二驱动电压，使所述第二开关电路导通，使所述电源电压传输至所述滤波电路和负载；所述第二开关电路在导通持续预设时间后，所述控制电路输出的第二驱动电压将所述第二开关电路关闭；在关闭所述第二开关电路后，所述控制电路输出的第三驱动电压将所述第三开关电路开通；所述第三开关电路开通预设时间后，关闭第三开关电路，返回前述控制所述电源电压端提供的电源电压传输至所述变压电路。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种降压变换器，所述降压变换器包括降压电路，所述降压电路被配置为如上所述的降压电路。

本发明实施例中，通过变压电路提高位于第二开关电路和第三开关电路之间的开关控制节点对应的电压，当开关控制节点对应的电压为预设电压值时，控制第二开关电路或第三开关电路处于导通状态，对电源电压进行降压。这样，在开关电路工作前，提前将第二开关电路上的电荷释放或充满，以此降低开关损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的降压电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的降压方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	第一开关电路	A1	开关控制节点
20	变压电路	D1	第一二极管
				30	第二开关电路	D2	第二二极管
40	第三开关电路	C1	第一电容
				50	缓冲电路	C2	第二电容
R	电阻	L	电感

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参见图1，图1为本发明实施例提供的降压电路的结构示意图。该降压电路包括第一开关电路10、变压电路20、第二开关电路30、第三开关电路40、控制电路和滤波电路(附图未标识)；

所述变压电路20的第一输入端与所述第一开关电路10电连接，所述变压电路20的第二输入端与电源电压端电连接，所述变压电路20的一个输出端设置于所述第二开关电路30和所述第三开关40电路之间；

如图1所示，所述第一开关电路10的输入端与所述控制电路的第一驱动电压端电连接，所述第一开关电路10的输出端与所述变压电路20的第一输入端电连接；

如图1所示，所述第二开关电路30和所述第三开关电路40之间设置有开关控制节点A1；

如图1所示，所述第二开关电路30的第一输入端与所述变压电路20的第二输入端电连接，所述第二开关电路30的第二输入端与所述控制电路的第二驱动电压端电连接，所述第二开关电路30的输出端通过所述开关控制节点A1与负载电连接；

如图1所示，所述第三开关电路40的第一输入端与所述开关控制节点A1电连接，所述第三开关电路40的第二输入端与所述控制电路的第三驱动电压端电连接，所述第三开关电路40的输出端接地；

所述滤波电路的输入端与所述开关控制节点A1电连接，所述滤波电路的输出端与所述负载电连接。

上述控制电路在第一驱动电压端产生第一驱动电压，在第二驱动电压端产生第二驱动电压，在第三驱动电压端产生第三驱动电压，上述驱动电压用于驱动对应的开关电路处于导通或关断状态。

本发明实施例中，先通过第一驱动电压导通第一开关电路10，第一开关电路10在第一驱动电压端提供的驱动电压下导通时，控制电源电压端提供的电源电压传输至变压电路20。变压电路20对电源电压进行变压，并将变压后的电源电压传输至开关控制节点A1，提高开关控制节点A1处的电压，以使得所述开关控制节点A1对应的电压为预设电压值。

上述预设电压值小于等于电源电压，可选地，将电源电压设置为预设电压值。

当开关控制节点A1对应的电压升压至预设电压值，第二开关电路30在第二驱动电压下导通，且第三开关电路40在第三驱动电压下导通时，对电源电压进行降压，并将降压后的电源电压传输至负载。

应理解，一种可选的实施方式为，通过第二驱动电压和第三驱动电压，控制第二开关电路30和第三开关电路40交替导通和断开，这样，将开关控制节点A1对应的电压整形为矩形电压，且该矩形电压的占空比与第二开关电路30和第三开关电路40交替导通和断开的时间相关。在对矩形电压进行滤波后，负载接收到较为平滑的降压后的电源电压。

示例性的，可以将电源电压称为V1，将矩形电压的占空比称为D，将负载接收到的降压后的电源电压称为Vo，上述三者的关系为，Vo＝V1*D。也就是说，可以通过控制第二驱动电压和第三驱动电压，改变第二开关电路30和第三开关电路40交替导通和断开的时间，以此改变占空比D，进而对电源电压进行降压。

本发明实施例中，通过变压电路20提高位于第二开关电路30和第三开关电路40之间的开关控制节点A1对应的电压，当开关控制节点A1对应的电压为预设电压值时，控制第二开关电路30或第三开关电路40处于导通状态，对电源电压进行降压。这样，在开关电路工作前，提前将第二开关电路上的电荷释放或充满，以此降低开关损耗，进一步的，还可以避免降压电路产生电磁干扰。

可选地，所述变压电路20包括至少一个变压器。

可选地，所述降压电路还包括第一二极管D1；

所述第一二极管D1的阳极接地，所述第一二极管D1的阴极与所述变压电路20电连接。

如图1所示，变压电路20包括一个变压器，其中，该变压器的初级绕组的一端与电源电压端电连接，另一端与第一开关电路10的输出端电连接；该变压器的次级绕组的一端与开关控制节点A1电连接，另一端与第一二极管D1的阴极电连接。其中，初级绕组与次级绕组的线圈匝数比在0.1至10之间。

变压电路20在接收到电源电压后，对电源电压进行变压，变压电路20和第一二极管D1共同作用，以此提高开关控制节点A1处的电压。其中，变压后的电源电压大于或等于变压电路20接收的电源电压。

应理解，在一些实施例中，变压电路20包括多个变压器。

可选地，所述滤波电路包括电感L和第一电容C1；

所述电感L的第一端与所述开关控制节点A1电连接，所述电感L的第二端与所述负载电连接；

所述第一电容C1的第一端与所述电感L的第二端电连接，所述第一电容C1的第二端接地。

本实施例中的滤波电路包括电感L和第一电容C1，可以通过电感L和第一电容C1的配合，对开关控制节点A1传输的矩形电压进行滤波，得到较为平滑的电压，并将该电压传输至负载，实现对于电源电压的降压。

可选地，所述降压电路还包括缓冲电路50，所述缓冲电路50包括第二二极管D2、电阻R和第二电容C2；

所述第二二极管D2的阳极与所述第一开关管S1的第三端电连接，所述第二二极管D2的阴极与所述第二电容C2的第一端电连接；

所述第二电容C2的第二端与所述变压电路20的第二输入端电连接；

所述电阻R的第一端与所述第二电容C2的第一端电连接，所述电阻R的第二端与所述第二电容C2的第二端电连接。

当第一开关管S1关断时，第一开关管S1会产生电压值较高的电压，这部分电压又称为尖峰电压。

本实施例中，降压电路还包括缓冲电路，缓冲电路包括第二二极管D2、电阻R和第二电容C2，缓冲电路与第一开关管S1电连接，当第一开关管S1关断时，第二二极管D2、电阻R和第二电容C2相互配合，消除第一开关管S1释放的尖峰电压，防止降压电路中的元器件被击穿，提高降压电路的安全。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的降压方法的流程示意图。本发明实施例提供的降压方法应用于如上所述的降压电路，所述降压电路包括第一开关电路、变压电路、第二开关电路、第三开关电路、控制电路和滤波电路，所述方法包括以下步骤：

S101，当第一开关电路在控制电路提供的第一驱动电压下导通时，控制电源电压端提供的电源电压传输至变压电路。

本步骤中，控制电路提供第一驱动电压，以导通第一开关电路，在第一开关电路导通的情况下，控制电源电压端提供的电源电压传输至变压电路。

S102，控制所述变压电路对电源电压进行变压，并将变压后的电源电压传输至开关控制节点，以使得所述开关控制节点对应的电压为预设电压值。

本步骤中，变压电路对电源电压进行变压，并将变压后的电源电压传输至开关控制节点，提高开关控制节点处的电压，以使得所述开关控制节点对应的电压为预设电压值。

上述预设电压值小于等于电源电压，可选地，将电源电压设置为预设电压值。

S103，所述控制电路输出第二驱动电压，使所述第二开关电路导通，使所述电源电压传输至所述滤波电路和负载；所述第二开关电路在导通持续预设时间后，所述控制电路输出的第二驱动电压将所述第二开关电路关闭；在关闭所述第二开关电路后，所述控制电路输出的第三驱动电压将所述第三开关电路开通；所述第三开关电路开通预设时间后，返回前述控制所述电源电压端提供的电源电压传输至所述变压电路。

进一步地，本发明还保护一种降压变换器，该降压变换器包括降压电路，该降压电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的降压变换器采用了上述降压电路的技术方案，因此该降压变换器具有上述降压电路所有的有益效果。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种降压电路，其特征在于，包括第一开关电路、变压电路、第二开关电路、第三开关电路、控制电路和滤波电路；

所述变压电路的第一输入端与所述第一开关电路电连接，所述变压电路的第二输入端与电源电压端电连接，所述变压电路的一个输出端设置于所述第二开关电路和所述第三开关电路之间；

所述第一开关电路的输入端与所述控制电路电连接，所述第一开关电路的输出端与所述变压电路的第一输入端电连接；

所述第二开关电路和所述第三开关电路之间的连接点为开关控制节点；

所述第二开关电路的第一输入端与所述变压电路的第二输入端电连接，所述第二开关电路的第二输入端与所述控制电路电连接，所述第二开关电路的输出端通过所述开关控制节点与负载电连接；

所述第三开关电路的第一输入端与所述开关控制节点电连接，所述第三开关电路的第二输入端与所述控制电路电连接，所述第三开关电路的输出端接地；

所述滤波电路的输入端与所述开关控制节点电连接，所述滤波电路的输出端与所述负载电连接；

其中，所述第一开关电路，用于在所述控制电路提供的第一驱动电压下导通时，控制所述电源电压端提供的电源电压传输至所述变压电路；

所述变压电路，用于对所述电源电压进行变压，将变压后的电源电压传输至所述开关控制节点，以使得所述开关控制节点对应的电压为预设电压值；

所述第二开关电路和所述第三开关电路，用于所述控制电路输出第二驱动电压，使所述第二开关电路导通，使所述电源电压传输至所述滤波电路和负载；所述第二开关电路在导通持续预设时间后，所述控制电路输出的第二驱动电压将所述第二开关电路关闭；在关闭所述第二开关电路后，所述控制电路输出的第三驱动电压将所述第三开关电路开通；所述第三开关电路开通预设时间后，关闭，返回前述控制所述电源电压端提供的电源电压传输至所述变压电路。

2.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述变压电路包括至少一个变压器。

3.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述降压电路还包括第一二极管；

所述第一二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极与所述变压电路电连接。

4.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述滤波电路包括电感和第一电容；

所述电感的第一端与所述开关控制节点电连接，所述电感的第二端与所述负载电连接；

所述第一电容的第一端与所述电感的第二端电连接，所述第一电容的第二端接地；

其中，所述滤波电路，用于对所述开关控制节点传输的电压进行滤波。

5.根据权利要求1所述的降压电路，其特征在于，所述降压电路还包括缓冲电路，所述缓冲电路包括第二二极管、电阻和第二电容；

所述第二二极管的阳极与所述第一开关管的第三端电连接，所述第二二极管的阴极与所述第二电容的第一端电连接；

所述第二电容的第二端与所述变压电路的第二输入端电连接；

所述电阻的第一端与所述第二电容的第一端电连接，所述电阻的第二端与所述第二电容的第二端电连接；

其中，所述缓冲电路，用于在所述第一开关电路断开时，消除所述第一开关电路产生的尖峰电压。

6.一种降压方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5中任一项所述的降压电路，所述降压电路包括第一开关电路、变压电路、第二开关电路、第三开关电路、控制电路和滤波电路，所述方法包括：

当所述第一开关电路在所述控制电路提供的第一驱动电压下导通时，控制电源电压端提供的电源电压传输至所述变压电路；

控制所述变压电路对电源电压进行变压，并将变压后的电源电压传输至开关控制节点，以使得所述开关控制节点对应的电压为预设电压值；

所述控制电路输出第二驱动电压，使所述第二开关电路导通，使所述电源电压传输至所述滤波电路和负载；所述第二开关电路在导通持续预设时间后，所述控制电路输出的第二驱动电压将所述第二开关电路关闭；在关闭所述第二开关电路后，所述控制电路输出的第三驱动电压将所述第三开关电路开通；所述第三开关电路开通预设时间后，关闭第三开关，返回前述控制所述电源电压端提供的电源电压传输至所述变压电路。

7.一种降压变换器，其特征在于，所述降压变换器包括降压电路，所述降压电路被配置为如权利要求1-5中任一项所述的降压电路。

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